DE69735528T2 - Verfahren zum Schutz von Informationen übertragen von einem Sicherungselement nach einen Dekoder und Schutzsystem, das ein solches Verfahren verwendet - Google Patents

Verfahren zum Schutz von Informationen übertragen von einem Sicherungselement nach einen Dekoder und Schutzsystem, das ein solches Verfahren verwendet Download PDF

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    • H04H60/13—Arrangements for device control affected by the broadcast information

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines Informationselements, das von einem Sicherheitselement, wie zum Beispiel einer Benutzerkarte eines Systems mit bedingtem Zugriff, zu einem Decoder übertragen wird.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere Systeme für einen bedingten Zugriff, für die der Endwürfelungsvorgang in dem Sicherheitselement erfolgt, das dann zum Beispiel eine Karte vom PCMCIA Typ ist mit einer üblichen Schnittstelle, dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt als "CENELEC/DVB-Common Interface" oder eine Chipkarte für den American NRSS Standard (steht für "National Renewable Security System").
  • Die Erfindung ist anwendbar auf jeden Typ eines Systems mit bedingten Zugriff, unabhängig davon, ob dieses System ein Online-Typ oder vom selbständigen Typ ist.
  • In einem Online-System mit bedingtem Zugriff wird das verschlüsselte Informationselement in einem Informationselement übertragen, das aus einem Signal besteht, das gleichzeitig zu verschiedenen Benutzern verteilt wird.
  • In einem selbständigen System mit bedingtem Zugriff ist das verwürfelte Informationselement in dem selbständigen Informationsmedium enthalten, wie zum Beispiel so genannten Compact Disks oder digitalen Videoplatten.
  • Das Informationselement, das die verschiedenen Programme von der Ausgabequelle ausmacht, wie zum Beispiel ein Serviceanbieter, wird zu dem Sicherheitselement übertragen. Das Sicherheitselement entwürfelt das durch den Benutzer gewählte Programm (vorausgesetzt, dass die Berechtigungen des Benutzers in dem Sicherheitselement vorliegen) und sendet dieses Programm so wie die anderen Programme, die unverändert geblieben sind, zu dem Decoder.
  • Ein derartiger Vorgang hat den Nachteil, dass das durch den Benutzer gewählte Programm unverschlüsselt übertragen wird.
  • Eine derartige Übertragung kann leicht durch einen Fälscher oder so genannten Piraten ausgewertet werden, der dieses zur illegalen Verteilung des geraubten Programms benutzen kann.
  • Das Dokument WO 96/06504 A schreibt eine Smart Card auf der Grundlage eines Zugriffsteuersystems, in dem in einem ersten Verfahren Entwürfelungsschlüssel in einem Sicherheitselement auf der Grundlage der von einem Decoder empfangenen Daten erzeugt werden. Diese Entwürfelungsschlüssel werden zu dem Decoder übertragen, der einen Entwürfeler für die Endwürfelung der übertragenen verwürfelten Programme enthält. In einem zweiten Verfahren werden die verwürfelten Programme in dem Sicherheitselement entwürfelt und in Klarschrift zu dem Decoder übertragen.
  • Das Dokument EP-A-0 471 373 beschreibt ein System, in dem "Arbeitsschlüssel" (working keys) in einem Sicherheitselement auf der Grundlage der Daten erzeugt werden, die von einem Informationsprozessor empfangen werden, werden in einer verschlüsselten Form zu dem Informationsprozessor übertragen, um für die Entwürfelung eines verwürfelten Signals zu dienen, das durch den Informationsprozessor empfangen wird.
  • 1 zeigt das Diagramm einer Sicherheitselement/Decoderanordnung gemäß dem Stand der Technik.
  • Das System von 1 enthält eine Informationsquelle 1, einen Decoder 6 und ein Sicherheitselement 1.
  • Der Decoder enthält eine Demodulationseinheit 7 und eine Demultiplexing- und Decodiereinheit 8.
  • Das Sicherheitselement 1 enthält eine Filtereinheit 2, eine Entwürfelungseinheit 3, eine Einheit 4 für eine Zugriffssteuerung und eine Speichereinheit 5 für die Berechtigung des Benutzers.
  • Das durch die Ausgabequelle ausgegebene Informationselement 1 enthält ein oder mehrere gemultiplexte Programme, zum Beispiel gemäß dem MPEG 2-Transportstandard (steht für "Moving Picture Expert Group").
  • Wie dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist, sind die durch die Ausgabequelle ausgegebenen Programme verwürfelte Pogramme. Das Informationselement 1 enthält in Nachrichten, die im Folgenden mit ECM bezeichnet werden, und die verschlüsselten Steuerwörter ermöglichen nach der Entschlüsselung die Entwürfelung der verwürfelten Programme.
  • Nachdem der Decoder das Informationselement 1 empfangen hat, wird Letzteres durch die Einheit 7 demoduliert und dann vollständig zu dem Sicherheitselement 1 übertragen. Letzteres filtert mit Hilfe der Einheit 2 die (in 1 mit ECMA bezeichneten) ECMs entsprechend dem durch den Benutzer gewählten Programm und überträgt sie zur Verarbeitung zu der Einheit 4. Der nicht-gefilterte Teil des Informationselements wird ohne Änderung zu dem Entwürfeler 3 übertragen. Die Einheit 4 bewirkt die konventionellen Funktionen zur Verarbeitung der ECMs und entschlüsselt insbesondere die Steuerwörter CWi, die, vorausgesetzt, dass die Berechtigungen D, die für die Entwürfelung des gewählten Programms durch die Einheit 5 ausgegeben werden, der Einheit 4 zugeführt werden.
  • Die Steuerwörter CWi werden danach zu der Entwürfelungseinheit 3 übertragen, die sie für die Entwürfelung des durch den Benutzer gewählten Programms entwürfelt. Das von dem Entwürfeler 3 ausgegebene Informationselement wird zu der Demultiplexing- und Decodiereinheit 8 übertragen, um so das Übliche zu erzeugen, d. h. das zum Beispiel in dem Fall eines Films als Informationselement ECG1 wiedergegeben werden kann.
  • Die Erfindung weist diesen Nachteil nicht auf.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von einem Sicherheitselement zu einem Dekoder eines Stroms von Daten von einem in dem Sicherheitselement enthaltenen Entwürfeler, wobei der Datenstrom wenigstens ein entwürfeltes Programm darstellt. Gemäß der Erfindung enthält das Programm die folgenden Schritte:
    Erzeugung wenigstens eines Zufallswortes in dem Decoder,
    Übertragung des Zufallswortes zu dem Sicherheitselement,
    Verschlüsselung des Zufallswortes in dem Sicherheitselement durch Anwendung eines Schlüssels derart, dass ein erster Schlüssel erzeugt wird,
    Verschlüsselung der Daten von dem Entwürfeler in dem Sicherheitselement durch den ersten Schlüssel,
    Übertragung der verschlüsselten Daten zu dem Decoder,
    Verschlüsselung des Zufallswortes in dem Decoder durch den dritten Schlüssel, derart, dass ein zweiter Schlüssel erzeugt wird, und
    Entschlüsselung der verschlüsselten Daten von dem Sicherheitselement in dem Decoder durch den zweiten Schlüssel.
  • Die Erfindung betrifft außerdem ein Sicherheitselement mit einem Entwürfeler zur Entwürfelung unter der Wirkung des Steuerworts der durch das Sicherheitsele-ment empfangenen Daten, wobei die Daten wenigstens ein verwürfeltes Programm darstellen. Das Sicherheitselement enthält eine Einheit zur Erzeugung eines ersten Verschlüsselungsschlüssels durch die Wirkung eines Zufallswortes und eines dritten Schlüssels und eine Einheit zur Verschlüsselung der entwürfelten Daten von dem Entwürfeler durch den ersten Verschlüsselungsschlüssel.
  • Die Erfindung betrifft außerdem einen Decoder zur Decodierung von Daten von einem Sicherheitselement, wobei die Daten wenigstens ein Programm darstellen, das durch einen Benutzer eines Systems mit bedingtem Zugriff gewählt wird. Der Decoder enthält einen Generator für Zufallswörter zur Erzeugung wenigstens eines Zufallswortes, eine Einheit zur Erzeugung eines Entschlüsselungsschlüssels aus dem derart erzeugten Wort und eines dritten Schlüssels, und eine Entschlüsselungseinheit zur Entschlüsselung durch Wirkung des Entschlüsselungsschlüssels der Daten von dem Sicherheitselement, wobei die Daten vorher durch die Wirkung eines ersten Schlüssels entwürfelt und verschlüsselt werden.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung mit einem Sicherheitselement und einem Decoder, wie sie oben angegeben sind.
  • Wie oben erwähnt, besteht ein Vorteil der Erfindung in dem Schutz der Übertragung des Programms, das durch den Benutzer ausgewählt wurde, von dem Sicherheitselement zudem Decoder.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Figuren:
  • 1 zeigt das Diagramm einer Anordnung mit einem Sicherheitselement/Decoder gemäß dem Stand der Technik,
  • 2 zeigt das Diagramm einer Anordnung mit einem Sicherheitselement/Decoder gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 3 zeigt das Diagramm einer Anordnung mit einem Sicherheitselement/Decoder gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
  • 4 zeigt das Diagramm einer Anordnung mit einem Sicherheitselement/Decoder gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
  • In allen Figuren bezeichnen dieselben Bezugsziffern dieselben Elemente.
  • 2 zeigt das Diagramm einer Anordnung mit einem Sicherheitselement/Decoder gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • Zusätzlich zu den in 1 beschriebenen Teilen enthält der Decoder 6 eine Entschlüsselungseinheit 9, und das Sicherheitselement 1 enthält eine Verschlüsselungseinheit 10. Das durch den Benutzer ausgewählte Programm wird durch die Einheit 10 mit einem Verschlüsselungsschlüssel K verschlüsselt. Andererseits entschlüsselt die Einheit 9 das Programm mittels desselben Schlüssels K. In vorteilhafter Weise vermeidet das, dass die Übertragung der Pro gramme unverschlüsselt zwischen dem Sicherheitselement und dem Decoder übertragen werden.
  • Gemäß der Erfindung kann der Verschlüsselungs- und Entschlüsselungsschlüssel K gemeinsam sein zu allen Paaren aus einem Sicherheitselement/Decoder, können jedoch auch spezifisch sein für jedes Paar einer Gruppe von Paaren mit einem Sicherheitselement/Decoder. In vorteilhafter Weise wird die Erzeugung von Raubkopien der Sicherheitselemente dadurch erschwert.
  • Auf diese Weise zwingt diese Lösung die Piraten oder Fälscher, jedes ihrer Raubkopien auf der Grundlage des Decoders anzupassen, mit dem sie verbunden sind. Das hat die Folge einer Verkomplizierung ihrer Aufgabe und somit zur Verringerung des Preises oder der Belohnung, die sie aus der Piraterie oder Fälschung ableiten können.
  • Gemäß einer besonderen Durchführung der Ausführungsform von 2 kann ein Algorithmus für einen öffentlichen Schlüssel für die Einheiten 9 und 10 benutzt werden. In diesem Fall unterscheidet sich der Verschlüsselungsschlüssel von dem Entschlüsselungsschlüssel, und, in einer bevorzugten Weise, dient der Geheimschlüssel zur Verschlüsselung in dem Sicherheitselement, während der öffentliche Schlüssel zur Entschlüsselung in dem Decoder dient.
  • Gemäß dieser ersten Ausführungsform der Erfindung wird der Schlüssel K permanent sowohl in dem Sicherheitselement als auch in dem Decoder gespeichert.
  • 3 zeigt das Diagramm der Anordnung mit dem Sicherheitselement/Decoder gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
  • Zusätzlich zu den in 2 beschriebenen Bauteilen enthält der Decoder eine Einheit 11 zur Erzeugung einer Zufallszahl oder von Zufallswörtern AL und eine Einheit 12 zur Erzeugung der Entschlüsselungsschlüssel, und das Sicherheitselement enthält eine Einheit zur Erzeugung der Verschlüsselungsschlüssel 13.
  • Anstelle der Verwendung eines festen Schlüssels K, wie in 2, werden die Verschlüsselungs- und Entschlüsselungsschlüssel dynamisch erzeugt. Um dies zu tun, erzeugt der Decoder 6 eine Zufallszahl AL durch die Einheit 11 und überträgt sie zu der Einheit 13 des Sicherheitselements. Außerdem überträgt die Einheit 11 die Zufallszahl zu der Einheit 12. Letztere verschlüsselt die Zufallszahl AL durch die Wirkung eines Schlüssels K1 und ergibt so den Entschlüsselungsschlüssel K. In derselben Weise verschlüsselt die Einheit 13 des Sicherheitselements die Zufallszahl durch die Wirkung eines Schlüssels K1 und erzeugt den Verschlüsselungsschlüssel K.
  • Gemäß einerbesonderen Ausführungsform der Erfindung, die in 3 beschrieben wird, kann der durch die Einheiten 12 und 13 benutzte Verschlüsselungsalgorithmus durch eine "Einweg"-Funktion mit dem Schlüssel K1 ersetzt werden. Eine derartige Funktion ist zum Beispiel beschrieben in der europäischen Patentanmeldung, veröffentlicht unter der Nummer EP-A-0752771.
  • In vorteilhafter Weise verhindern die Einheiten 12 und 13, dass ein Fälscher den Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsschlüssel allein durch das Datenelement AL herausfindet, das zwischen dem Decoder und dem Sicherheitselement läuft.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der durch die Einheiten 13 und 12 benutzte Schlüssel K1 spezifisch sein für das Paar aus dem Sicherheitselement/Decoder und so die oben genannten Vorteile aufweisen.
  • Gemäß einer andern besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, kann der Vorgang zur Erzeugung des Verschlüsselungs- und Entschlüsselungsschlüssels K bei jedem Vorgang oder auch mehrere Male je Vorgang erneuert werden. Als Vorgang wird verstanden eine ununterbrochene Folge des Empfangs eines und desselben Programms durch einen Benutzer.
  • Diese Erneuerungen der Schlüssel K enthalten unter anderen Dingen die folgenden Vorteile:
    • – einerseits machen sie es möglich, den guten Zustand des Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsalgorithmus der Einheiten 9 und 10 zu verbessern. Unter guter Zustand des Algorithmus sollte verstanden werden, dass er den Widerstand des Algorithmus ist für den Fälscher durch eine Kryptoanalyse.
  • Die Häufigkeit der Erneuerung des Schlüssel beeinflusst direkt die Daten, die mit demselben Schlüssel verschlüsselte Datenmenge, die für einen Fälscher sowie die Kryptoanalyse des Algorithmus verfügbar ist. Da die Begrenzung dieser Menge die Widerstandsfähigkeit des Algorithmus gegenüber Angriffen erhöht, vergrößern häufige Erneuerungen des Schlüssels K den guten Zustand des Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsalgorithmus der Einheiten 9 und 10.
    • – andererseits macht sie es möglich, eine erneute Wiedergabe vorher ausgewählter Programme zu vermeiden.
  • Wenn somit ein bösartiger Benutzer oder Fälscher die Informationen von der Einheit 10 und daher zum selben Zeitpunkt t das ausgewählte Programm in einer durch einen mit Kt bezeichneten Schlüssel aufzeichnet, ist er nicht in der Lage, danach das Programm zu benutzen, da der Entschlüsselungsschlüssel im Zeitpunkt t + Δt, bezeichnet mit Kt+Δt, unterschiedlich von dem Verschlüsselungsschlüssel Kt sein wird.
  • 4 zeigt das Diagramm einer Anordnung aus einem Sicherheitselement/Decoder gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
  • Zusätzlich zu den in 2 beschriebenen Elementen enthält 4 hinsichtlich des Decoders einen Generator 11 für einen Zufallszahl und eine Verschlüsselungseinheit 14 und hinsichtlich des Sicherheitselements eine Entschlüsselungseinheit 15.
  • Der Generator 11 erzeugt eine Zufallszahl AL, die direkt als Entschlüsselungsschlüssel K durch die Einheit 9 benutzt wird. Außerdem wird die Zufallszahl AL zu der Einheit 14 übertragen, die sie verschlüsselt und zu der Einheit 15 des Sicherheitselements überträgt. Die durch die Einheit 14 durchgeführte Verschlüsselung erfolgt durch die Wirkung eines Schlüssels K2. Auf der Seite des Sicherheitselements wird die verschlüsselte Zufallszahl E (AL) durch die Einheit 15 unter der Wirkung eines Schlüssels K2 verschlüsselt, und das Ergebnis AL wird zu der Einheit 10 übertragen und dient dort als Verschlüsselungsschlüssel K.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann ein öffentlicher Schlüsselalgorithmus für die Einheiten 14 und 15 benutzt werden. In diesem Fall unterscheidet sich der Verschlüsselungsschlüssel von dem Entschlüsselungsschlüssel, und in einer bevorzugten Weise dient der Geheimschlüssel für die Entschlüsselung in der Einheit 15, während der öffentliche Schlüssel für die Verschlüsselung in der Einheit 14 dient.
  • In vorteilhafter Weise verhindern die Einheiten 14 und 15, ob sie einen symmetrischen Algorithmus oder einen öffentlichen Schlüsselalgorithmus benutzen, jeden Fälscher daran, den Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsschlüssel K allein durch die Kenntnis von E (AL) zu entdecken oder herauszubekommen.
  • Gemäß den besonderen Ausführungsformen der Erfindung, die oben erwähnt wurden:
    • – die Zufallszahl AL kann einmal je Vorgang oder auch mehrere Male während desselben Vorgangs erzeugt werden,
    • – der durch die Einheiten 14 und 15 benutzte Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsschlüssel K2 kann spezifisch für das Paar Sicherheitselement/Decoder ausgebildet sein und dadurch die oben genannten Vorteile aufweisen.
  • In dem Kontext der Erfindung resultiert für alle in den 2, 3 und 4 beschriebenen Ausführungsformen die Wahl des Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsalgorithmus der Einheiten 9 und 10 aus einem Kompromiss zwischen dem gewünschten Wert des Schutzes der Programme und der Kom plexität des in dem Decoder und in dem Sicherheitselement ausgeführten Algorithmus.
  • Somit wird ein symmetrischer Algorithmus, der über eine spezielle Schaltung einfach durchzuführen ist, bevorzugt. Eine derartige Anordnung ermöglicht in vorteilhafter Weise, die Kosten der Durchführung zu verringern und hohe Verschlüsselungs-/Entschlüsselungs-Raten durchzuführen, zum Beispiel in der Größenordnung von ungefähr zehn Megabit je Sekunde. Die Erneuerung der Verschlüsselungsschlüssel ermöglicht dann in vorteilhafter Weise die Anwendung eines einfachen Algorithmus, während sie die Gefahren des Fälschers durch eine Kryptoanalyse verringern.
  • Außerdem enthält die durch die Einheit 9 des Decoders erfolgende Entschlüsselung einen bestimmten Vorteil, nämlich dass der Benutzer über den Decoder nur die Programme von dem Sicherheitselement wiedergeben kann. Das beinhaltet zum Beispiel, dass die unverschlüsselten Fälscherprogramme auf dem Decoder allein nicht wieder gegeben werden können.
  • In dem Fall, in dem die Schlüssel K1, K2 für jedes Paar aus einem Sicherheitselement/Decoder spezifisch sind, hat die obengenannte Eigenschaft der systematischen Entschlüsselung einen zusätzlichen Vorteil, nämlich die Verhinderung jedes Piraten an der Zuführung desselben Programms zu den Decodern, die unterschiedlich sind von dem Decoder, den er geraubt hat.
  • Außerdem wird die Durchführung, für alle in den 2, 3 und 4 beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in der Integration der Einheiten 8 und 9 in dieselbe elektronische Schaltung bevorzugt. Das ist so, um die Inhalte des gewählten Programms daran zu hindern, unverschlüsselt zwischen den beiden Einheiten aufzutreten.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Übertragung von einem Sicherheitselement (1) zu einem Dekoder (6) eines Stroms von Daten von einem in dem Sicherheitselement (1) enthaltenen Entwürfeler (3), wobei der Datenstrom wenigstens ein entwürfeltes Programm darstellt, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Erzeugung wenigstens eines Zufallswortes (AL) in dem Decoder (6), Übertragung des Zufallswortes (AL) zu dem Sicherheitselement (1), Verschlüsselung des Zufallswortes (AL) in dem Sicherheitselement (1) durch Anwendung eines Schlüssels (K1) derart, dass ein erster Schlüssel erzeugt wird, Verschlüsselung der Daten von dem Entwürfeler in dem Sicherheitselement (1) durch den ersten Schlüssel, Übertragung der verschlüsselten Daten zu dem Decoder (6), Verschlüsselung des Zufallswortes (AL) in dem Decoder (6) durch den dritten Schlüssel (K1), derart, dass ein zweiter Schlüssel erzeugt wird, und Entschlüsselung der verschlüsselten Daten von dem Sicherheitselement (1) in dem Decoder (6) durch den zweiten Schlüssel.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zur Erzeugung des ersten Schlüssels und der Schritt zur Erzeugung des zweiten Schlüssels bei jedem Vorgang oder mehrere Male je Vorgang erneuert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der dritte Schlüssel für das Paar Sicherheitselement/Decoder spezifisch ist.
  4. Sicherheitselement (1) mit einem Entwürfeler (3) zur Entwürfelung unter der Wirkung des Steuerworts (CWi) der durch das Sicherheitselement empfangenen Daten, wobei die Daten wenigstens ein verwürfeltes Programm darstellen, gekennzeichnet durch folgende Elemente: eine Einheit (13) zur Erzeugung eines ersten Verschlüsselungsschlüssels durch die Wirkung eines Zufallswortes (AL) und eines dritten Schlüssels (K1) und eine Einheit (10) zur Verschlüsselung der entwürfelten Daten von dem Entwürfeler (3) durch den ersten Verschlüsselungsschlüssel.
  5. Decoder (6) zur Decodierung von Daten von einem Sicherheitselement (1), wobei die Daten wenigstens ein Programm darstellen, das durch einen Benutzer eine Systems mit bedingtem Zugriff gewählt wird, gekennzeichnet durch einen Generator (11) für Zufallswörter zur Erzeugung wenigstens eines Zufallswortes (AL), eine Einheit (12) zur Erzeugung eines Entschlüsselungsschlüssels aus dem derart erzeugten Wort und eines dritten Schlüssels (K1), und eine Entschlüsselungseinheit (9) zur Entschlüsselung durch Wirkung des Entschlüsselungsschlüssels der Daten von dem Sicherheitselement, wobei die Daten vorher durch die Wirkung eines ersten Schlüssels entwürfelt und verschlüsselt werden.
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